通信原理第1章课件

通信原理主讲教师：张立毅天津商业大学信息工程学院二0一三年二月课程性质和任务课程的性质

《通信原理》是为通信工程专业学生开设的一门必修主干课程。既是核心专业基础课，又是众多院校研究生入学考试课，也是低频电路、高频电路、信号与系统、工程数学等在通信中的综合运用。任务比较全面系统地讲述现代通信系统的基本原理、基本性能和基本分析方法。通过学习，掌握模拟通信和数字通信系统的信息传输的基本原理和分析方法，并把重点放在数字通信原理上，为今后从事通信领域的工作和研究打下必要的基础；懂得通信系统的基本构成；了解有关通信系统的技术指标及改善系统性能的一些基本技术措施；培养学生的辨证思维能力，对今后进一步学习更为专业的通信技术起到辐射的作用。

《通信原理》是通信工程专业后续几乎所有专业课程，如移动通信、光纤通信、微波与卫星通信、通信网等的基础。教材、参考书、学时安排教材樊昌信，张甫翊，徐炳祥，吴成柯．通信原理（第5版）．北京：国防工业出版社，2003．参考书[1]樊昌信，曹丽娜．通信原理（第6版）．北京：国防工业出版社，2007．[2]曹志刚，钱亚生．现代通信原理．北京：清华大学出版社，2003．[3]沈越泓，高媛媛，魏以民．通信原理．北京：机械工业出版社，2003．[4]王秉钧，冯玉珉，田宝玉．通信原理．北京：清华大学出版社，2008．[5]王兴亮．通信系统原理教程．西安：西安电子科技大学出版社，2007．学时安排根据教学计划规定，总学时68，其中理论讲授58学时，实验10学时。教学要求平时成绩由实验（30分）、作业（21分）、平时测验（10分）、课堂点名（9分）和分类大作业（30分）五部分组成。实验

10学时实验分5个完成，其中三个是必做的，另两个可从5个中选做。每个实验满分6分。作业

作业7次，每次按A、B、C给分，满分3分，分别为3、2、1分。平时测验平时测验是随堂测验，共2次，每次满分5分。课堂点名

课堂随机抽查点名，满分9分，无故旷课1次扣3分，扣完为止。分类大作业满分30分。本课程安排♣♣

第一章绪论（2学时）♣♣

第二章随机信号分析（8学时）♣♣

第三章信道（6学时）♣♣

第四章模拟调制系统（8学时）♣♣

第五章数字基带传输系统（10学时）♣♣

第六章正弦载波数字调制系统（8学时）♣♣

第七章模拟信号的数字传输（8学时）♣♣

第八章数字信号的最佳接收（6学时）♣♣

第九章差错控制编码（自学）♣♣

第十章正交编码与伪随机序列（自学）♣♣

第十一章同步原理（自学）♣♣

第十二章通信网（自学）课程学习指导♣

抓住一条主线：抗干扰♣

领会两个指标：有效性和可靠性♣

掌握三种调制：幅度调制，频率调制和相位调制（模拟和数字两个系统）♣

理解四个定理：香农公式，奈奎斯特第一准则、奈奎斯特第二准则和奈奎斯特抽样定理♣设置N个问题：以各章内容而定第1章绪论1.1

通信与信息1.2

通信系统的组成1.3

通信系统的分类及通信方式1.4信息及其度量1.5主要性能指标1.6

通信系统的发展本章知识点结构通信基本概念基本概念通信系统发展简史系统组成信息度量工作方式模拟通信系统数字通信系统系统分类性能指标本章教学要求了解通信的基本概念，通信系统的分类，工作方式，以及发展简史；理解通信系统的基本组成，熟悉通信系统各部分的功能；

掌握信息及其度量的计算；

掌握模拟和数字通信系统的主要性能指标及其计算，重点是信息量的计算。本章N个问题1．何谓通信，何谓电通信，何谓光通信？2．信息与消息有何区别联系？3．信息一词的含义及来源？4．何谓通信系统，如何组成，一般分为几类？5．何谓信源，一般分为几类？6．发射机（发送设备）的主要功能是什么？7．何谓信道，主要功能是什么，一般分为几类？8．接收机（接收设备）的主要功能和任务是什么？9．何谓噪声，其主要来源分为几类？10．何谓信宿，其功能是什么？11．何谓调制，其本质、特征及类型各是什么？12．何谓基带信号、调制信号、低通信号、频带信号、已调信号和带通信号，其关系如何？13．何谓信源编码和信道编码，其作用是什么？14．何谓加密和解密，其功能如何？15．何谓同步，其功能及分类如何？16．何谓复接，其原理及功能如何？17．数字通信与模拟通信相比有何特点？18．通信系统如何分类，一般各分为几类？19．频分复用、时分复用、码分复用的代表实例是什么？20．何谓单工、半双工、双工通信，各有何特点？21．何谓并行传输和串行传输，各有何特点？22．何谓信息量，有何特点，单位如何？23．单一符号信息量、串符号信息量、联合信息量、互信息量如何计算？24．何谓信源的熵，含义及单位如何？25．通信系统的主要指标有哪些？26．何谓有效性，含义如何，在模拟和数字通信系统中如何表征？27．何谓可靠性，含义如何，在模拟和数字通信系统中如何表征？28．何谓码元速率和信息速率，二者关系如何？29．何为误码率和误信率，二者关系如何？30．通信系统的发展趋势是什么？1.1通信与信息

1.1.1通信的概念及作用通信（communication）是指信息的传输或消息的传输，即利用电波（电通信（telecommunication））、光波（光通信（opti-communication））等信号来传送文字、语音、图象等。古代的消息树、烽火台、驿马传令和鸣金击鼓，以及现代社会的文字、书信、电报、电话、广播、电视、遥控、遥测等都是消息传递的方式和信息交流的手段。人们可以利用语言、文字、图象和数据等不同形式来表达信息，但这些语言、文字、图象或数据本身不是信息而是消息。信息（information）是消息（message）中所包含的人们原来不知而待知的内容，即通信的目的是传输含有信息的消息。1.1.2信息的由来信息一词由来已久，据考证，“信息”二字最早出现在我国唐代文人李中的《暮春怀故人》一诗中：梦断美人沉信息日穿长路倚楼台1.1.3信息的解释

♣《词海》：信息，如通风报信。

♣《词源》：信息：消息。

♣《新英汉词典》：Information译为通知，报告，消息，报道，情报，知识，见闻，资料等。

♣

Information一词在我国台湾省被译为资讯。目前，一般定义为客观事物运动状态的表征与描述。

暮春怀故人

唐：李中体裁：七律池馆寂寥三月尽，落花重叠盖莓苔。惜春眷恋不忍扫，感物心情无计开。梦断美人沉信息，目穿长路倚楼台。

琅玕绣段安可得，流水浮云共不回。1.2通信系统的组成1.2.1通信系统的一般模型通信是指从一地向另一地传递和交换信息，实现信息传递所需的一切设备（equipment）和传输媒介（transmissionmedium）的总和称为通信系统（communicationsystem）。基于点对点通信系统的模型如图1.2.1所示。信息源发送设备信道接收设备受信者噪声源发送端接收端1.2.1通信系统的一般模型1．信息源信源（informationsource）是消息的产生地，其作用是把各种消息转换成原始电信号，称为消息信号或基带信号。电话机、电视摄像机和电传机、计算机等各种数字终端设备就是信源。前者属于模拟信源，输出的是模拟信号；后者是数字信源，输出离散的数字信号。2．发送设备发送设备（sendequipment）简称发信机（transmitter），其基本功能是将信源和信道匹配起来，即将信源产生的消息信号变换成适合在信道中传输的信号。变换方式是多种多样的，在需要频谱搬移的场合，调制是最常见的变换方式。对数字通信系统来说，发送设备常常又可分为信源编码（sourcecoding）与信道编码（channelcoding）。3．信道信道（channel）是指传输信号的物理媒质。可以是无线，也可以是有线。在无线信道中，信道可以是大气（自由空间），在有线信道中，信道可以是明线、电缆或光纤。有线和无线信道均有多种物理媒质。媒质的固有特性及引入的干扰与噪声直接关系到通信的质量。4．接收设备接收设备（receivingequipment）简称为收信机（receiv-er），其基本功能是完成发送设备的反变换，即进行解调、译码、解码、解密等。其主要任务是从带有干扰的接收信号中正确恢复出相应的原始基带信号，对于多路复用，还包括解除多路复用，实现正确分路等。5．噪声源噪声源（noisesource）不是人为加入的，而是通信系统中各种设备以及信道所固有的，并且是人们所不希望的。噪声（noise）的来源是多样的，分为内部噪声和外部噪声。内部噪声产生于各种设备，外部噪声是由信道引入。为了分析方便，一般把噪声源视为各处噪声的集中表现而抽象加入到信道。6．受信者受信者即信宿（destination），是传输信息的归宿点，其作用是将复原后的原始信号转换成相应的消息。

故通信系统可以概括为是由信源（informationsource）、信道（channel）和信宿（destination）三部分组成。1.2.2模拟通信系统信源发出的消息分为两大类：一类是连续消息，另一类是离散消息。连续消息是指消息的状态连续变化或是不可数的，如语音、图象等。离散消息则是指消息的状态是可数的或离散的，如符号、数据等。消息的传递是通过其物质载体——电信号来实现的。即把消息寄托在电信号的某一参量上（如连续波的幅度、频率或相位；脉冲波的幅度、宽度或位置）。消息和电信号之间是一一对应关系，否则在接收端就无法恢复。按信号参量的取值方式不同可把信号分为模拟信号（analogsignal）和数字信号（digitalsignal）两大类，相应地将通信系统也分为模拟通信系统和数字通信系统。

模拟通信系统是利用模拟信号来传递信息的通信系统，如图1.2.2所示。系统需要进行两种变换：

♣

将连续消息变换成原始电信号；

♣

将原始电信号变换成适合信道传输的信号，即调制。信源发出的原始电信号是基带信号（base-bandsignal）或低通信号（low-passsignal），基带的含义是指信号的频谱从零频附近开始，如语音信号为300~3400Hz，图像信号为0~6MHz。信息源调制器信道解调器受信者噪声源1.2.2模拟通信系统的模型由于基带信号具有频率很低的频谱分量，一般不宜直接传输，这就需要把基带信号变换成其频带适合在信道中传输的信号，即进行调制。经过调制后的信号称为已调信号（modulat-edsignal）、带通信号（band-passsignal）或频带信号。具有两个基本特征：

♣

携带有信息；

♣适合在信道中传输。消息在从发送端到接收端的传递过程中，不仅仅只有连续消息与基带信号、基带信号与频带信号之间的两种变换，而且还要进行滤波、放大、变频、辐射等。由于调制与解调两种变换对信号的变化起决定性作用，而其他过程对信号不会发生质的变化，只是对信号进行了放大或改善了特性，故一般被认为是理想的而不予讨论。

基带信号调制信号低通信号频带信号已调信号带通信号原始电信号变换为传输信号：便于传输传输信号还原为原始电信号：便于识别未调制信号变换为调制后信号调制后的信号还原为调制前的信号频率低的信号变换为中心频率高的信号中心频率高的信号还原为频率低的信号【附】几个概念之间的关系1.2.3数字通信系统数字通信系统（DigitalCommunicationSystem，简称DCS）是利用数字信号来传递信息的通信系统。点对点数字通信系统的原理框图如图1.2.3所示，基带数字通信系统如图1.2.4所示。数字通信涉及的技术较多，其中主要有信源编码/译码、信道编码/译码、数字调制/解调、数字复接、同步以及加密等。噪声源1.2.3点对点数字通信系统的模型信源加密器编码器调制器信道解调器译码器解密器信宿1．信源编码与译码信源编码的作用之一是设法减少码元数目和降低码元速率，即数据压缩，提高信息传输的有效性。码元速率将直接影响传输带宽，而传输带宽又直接反映了通信的有效性。作用之二是当信源给出的是模拟信号时，信源编码器将其转换成数字信号，以实现模拟信号的数字化传输。2．信道编码与译码信号在传输过程中，由于噪声、衰落以及人为干扰等，将会引起差错。为了减少差错，信道编码器对传输的信息码元按一定的规则加入保护成分（监督码元），组成所谓“抗干扰编码”。接收端的信道译码器按一定规则进行解码，从解码过程中发现错误或纠正错误，从而提高通信系统的抗干扰能力，实现可靠通信。即信道编码是提高信息传输的可靠性。3．加密与解密在需要实现保密通信的场合，为了保证所传信息的安全性，人为将被传输的数字序列扰乱，即加上密码，这种处理过程叫加密（encrypt）。在接收端利用与发送端相同的密码复制品对收到的数字序列进行解密，恢复原来信息，叫解密。4．数字调制与解调数字调制就是把数字基带信号的频谱搬移到高频处，形成适合在信道中传输的频带信号。基本的数字调制方式有振幅键控ASK、频移键控FSK、绝对相移键控PSK、相对（差分）相移键控DPSK。对这些信号可以采用相干解调或非相干解调还原为数字基带信号。对于高斯噪声下的信号检测，一般用相关器接收机或匹配滤波器来实现。信息源基带信号形成器信道受信者噪声源1.2.4数字通信系统的模型接收滤波器5．同步与数字复接同步是保证数字通信系统有序、准确、可靠工作不可缺少的前提条件，是使收、发两端的信号在时间上保持步调一致。按照同步的功用不同，可分为载波同步、位同步、群同步和网同步等。数字复接就是依据时分复用原理，把若干个低速数字信号合并成一个高速的数字信号，以扩大传输容量，提高传输效率。1.2.4数字通信的特点与模拟通信相比，数字通信具有如下特点：

♣抗干扰能力强，在中继通信中，数字信号通过再生，可以消除噪声积累，如图1.2.5所示；

♣传输差错可以控制，通过信道编码技术使误码率降低，提高传输质量；

♣易于与各种数字终端接口，用现代计算机技术、数字信号处理技术对信号进行处理、加工、变换、存储；

♣易于加密处理，且保密性强；

♣可以综合传输各种消息，增强通信系统功能，实现综合化通信。♣缺点是需要较大的传输带宽。用脉冲传送声音信号在脉冲上附加了杂音脉冲经“再生”后杂音被消除，还原成“干净”的原脉冲（b）数字通信数字交换机数字交换机内藏CODEC内藏CODEC用户线数字中继线用户线（a）模拟通信声音信号附加了杂音的信号

将带有杂音、畸变的信号原封不动传出去用户线模拟中继线用户线模拟交换机模拟交换机图1.2.5数字通信与模拟通信噪声积累示意图1.3通信系统的分类及通信方式1.3.1通信系统的分类通信系统的分类方法很多。1．按照通信业务分类可以分为电报通信系统，电话通信系统，数据通信系统和图象通信系统等。2．按照调制方式分类可以分为基带传输和频带传输两大类。基带（base-band）传输是将未经调制的信号直接传送，如音频市内电话、有线广播等。频带传输是对各种信号调制后传输的总称，调制方式很多，如表1.3.1所示。调

制

方

式

用途

连续波调制线性调制常规双边带调幅AM广播

抑制载波双边带调幅DSB立体声广播

单边带调幅SSB

载波通信、无线电台

残留边带调幅VSB电视广播、

传真

非线性调

制频率调制FM

微波中继、卫星通信、广播

相位调制PM中间调制方式

数字调制幅度键控ASK数据传输

频率键控FSK数据传输相位键控PSK数据传输其他高效数字调制QAM，MSK等数字微波、空间通信表1.3.1常用调制方式及用途调

制

方

式

用途

脉冲数字调制脉冲模拟调制脉幅调制PAM中间调制方式、

遥测

脉宽调制PDM（PWM）

中间调制方式

脉位调制PPM遥测、

光纤传输

脉冲数字调制脉码调制PCM市话、

卫星、

空间通信

增量调制DM军用、

民用电话

差分脉码调制DPCM电视电话、

图像编码

其他语言编码方式ADPCM、

APC、

LPC中低速数字电话

表1.3.1常用调制方式及用（续表）3．按照信号特征分类可以分为模拟通信系统和数字通信系统等。4．按照传输媒介分类可以分为有线通信系统和无线通信系统两大类。有线通信是用导线（如架空明线、同轴电缆、光纤等）作为传输媒介完成通信，如市内电话、有线电视、海底电缆通信等。无线通信是依靠电磁波在空间传播达到传递消息的目的，如短波电离层传播、微波视距传播、卫星中继等。5．按照工作波段分类不同频率的电磁波具有不同的传输特点，按照设备的工作频率可以分为长波通信、中波通信、短波通信、微波通信、远红外线通信等等。表1.3.2给出了通信波段与常用传输媒质。频率范围波长符号传输媒质用途3Hz~30kHz104~108m甚低频VLF有线线对长波无线电音频、电话、数据终端长距离导航、时标30~300kHz103~104m低频LF有线线对长波无线电导航、信标、电力线通信300kHz~3MHz102~103m中频MF同轴电缆短波无线电调幅广播、移动陆地通信、业余无线电3~30MHz10~102m高频HF同轴电缆短波无线电移动无线电话、短波广播定点军用通信、业余无线电30~300MHz1~10m甚高频VHF同轴电缆米波无线电电视、调频广播、空中管制、车辆、通信、导航300MHz~3GHz10~100cm特高频UHF波导，分米波无线电微波接力、卫星和空间通信、雷达3~30GHz1~10cm超高频SHF波导，厘米波无线电微波接力、卫星和空间通信、雷达30~300GHz1~10mm极高频EHF波导，毫米波无线电雷达、微波接力、射电天文学107~108GHz3×10-5~3×10-4cm紫外，可见光，红外光纤，激光空间传播光通信表1.3.2通信波段与常用传输媒质6．按照信号复用方式分类

分为频分复用（FrequencyDivisionMultiplexing，FDM），时分复用（TimeDivisionMultiplexing，TDM）和码分复用（CodeDivisionMultiplexing，CDM）三种方式。频分复用是用频谱搬移的方法使不同信号占据不同的频率范围，如电视广播，不同节目占据不同频道。时分复用是用脉冲调制的方法使不同信号占据不同的时间区间，如电话。码分复用是用正交的脉冲序列分别携带不同信号，如移动通信和空间通信中的扩频通信。图1.3.1到图1.3.3分别给出了频分复用，时分复用和码分复用发射和接收端的示意图。图1.3.1频分复用示意图（发射端）图1.3.2时分复用示意图（发射端）附图时分复用（接收）

图1.3.2时分复用示意图（接收端）图1.3.3码分复用示意图（接收端）1.3.2通信方式1．按照消息传递的方向与时间关系分类可以分为单工（simplex）、半双工（half-duplex）和全双工（full-duplex）通信三种。

♣单工通信是指消息只能单方向传输的工作方式，因此只占用一个信道，如图1.3.4所示。广播、遥测、遥控、无线寻呼等都是单工通信等。

♣半双工通信是指通信双方都能收发消息，但不能同时进行收和发，如图1.3.5所示。如使用同一载频的对讲机等。

♣全双工通信是指通信双方可以同时进行收发消息的工作方式。一般情况下全双工通信的信道必须是双向信道，如图13.6所示。普通电话、手机都是最常见的全双工通信方式。发端信道收端图1.3.4单工通信方式发端信道收端发端收端图1.3.5半双工通信方式发端信道收端发端收端信道图1.3.6双工通信方式2．按照数字信号排列顺序分类可以分为并行传输（paralleltransmission）和串行传输（serialtransmission）。并行传输是将代表信息的数字序列以成组的方式在两条或两条以上的并行信道上同时传输，如图1.3.7所示。优点是节省传输时间，但需传输信道多，设备复杂，成本高，故较少采用，一般适用于计算机和其他高速数字系统。串行传输是数字序列以串行方式一个接一个在一条信道上传输，如图1.3.8所示。一般远距离数字通信都采用该传输方式。如电视图像采用逐行扫描方法，每帧图像扫描625行，每秒扫描50帧。发送设备接收设备图1.3.7并行传输101发送设备接收设备图1.3.8串行传输3．按照同步方式分类可以分为同步通信和异步通信。4．按照通信网络形式分类

可以分为点对点通信（如专线通信等）、点对多点通信（如广播、电视等）和多点对多点通信（如电话等）。1.4信息及其度量1.4.1信息的度量信息一词在概念上与消息的意义相似，但它的含义更普遍化、抽象化。信息可以被理解为消息中包含的有意义的内容。信息的多少可以用“信息量”来衡量。任何信源的输出都是随机的。对接收者来说，只有消息中不确定的内容才构成信息；否则，信源输出已确切知晓，就没有必要再传输。因此，信息含量就是对消息中这种不确定性的度量。现有三条消息：

♣

太阳从东方升起；

♣

太阳比往日大两倍；

♣

太阳将从西方升起。第一条几乎没有带来任何信息，第二条带来了大量信息，第三条带来的信息多于第二条。究其原因，第一事件是一个必然事件，不足为奇；第三事件几乎不可能发生，它使人感到惊奇和意外，也就是说，它带来更多的信息。因此，信息含量是与惊奇这一因素相关联的，这是不确定性或不可预测性的结果。越是不可预测的事件，越会使人感到惊奇，带来的信息越多。根据概率论知识可知，事件的不确定性可用事件出现的概率来描述。可能性越小，概率越小。因此，消息中包含的信息量与消息发生的概率密切相关。消息出现的概率越小，包含的信息量就越大。设为消息发生的概率，是从该消息中获得的信息量，则二者的关系为：

♣信息量是概率的函数，即

♣

消息出现的概率越小，所含信息量就越大，且，；，

♣

若干个相互独立事件构成的消息，所含信息量等于各独立事件的信息量之和，即信息量具有相加性定义消息所含的信息量为1.4.2信息量的单位信息量的单位是由信息量计算公式中对数底数决定的。

♣

若对数的底数为2，则信息量的单位为比特（bit）；

♣

若对数的底数为e，则信息量的单位为奈特（nit）；

♣

若对数的底数为10，则信息量的单位为哈特莱（hartley）。目前，应用最广泛的单位是比特。1.4.3等概离散消息的信息量

设M个波形等概独立发送，则传送某一波形的信息量为若M为2的整幂次，即，则I为1.4.4非等概离散消息的信息量

设离散信源是一个由N个符号组成的符号集，其中每个符号出现的概率为，且有，则每个所包含的信息量分别为。得到每个符号所含信息量的统计平均值，称为平均信息量为由于平均信息量同热力学中熵（entropy）形式相似，因此也把信源输出消息的平均信息量称为信源的熵，单位为bit/符号。熵值越大越好。当每个符号等概出现，且符号出现为统计独立时，该信源的熵最大，为1.4.5连续消息的信息量

式中，为连续消息出现的概率密度。1.4.6信息量的计算

♣对于单一符号的信息量

♣对于由一串符号构成的消息，若各符号的出现相互独立，则整个消息的信息量为

式中，和分别为第个符号出现的次数和概率，为离散消息源的符号数目。♣对于一串很长的消息，可以用平均信息量（即信源的熵）来计算整个消息的信息量

式中，为符号总数。消息越长，替代所引起的误差越小。

♣对于两个离散信源，所出现的符号分别为，则定义这两个信源的联合信息量为式中，为的联合概率，但两个信源统计独立时，联合信息量等于两个信息量之和。

♣设为发射端，为接收端，为先验概率，为后验概率，定义后验概率与先验概率之比的对数为互信息量，即互信息量反映两个随机事件之间的统计关联程度，在通信系统中就是接收端所能获取的发送端的信息。若统计独立，则互信息量为零，若后验概率为1，则互信息量等于信源的信息量。【例】某人A预先知道他的三位朋友B、C、D中晚上必有一人到他家，并且可能性相同。令分别表示B、C、D三人到A家的概率，则有。但上午D说他不来了，若称此事为事件E，则，，

。下午C说他也不能来了，称此事为事件F，则，。试求互信息量和。【解】接到上午电话后，A获得的B、C、D的互信息量由于在E条件下，已不可能出现D，故不必考虑D、E之间的互信息量在接到两次电话后，A获得的B、C、D的互信息量由于此时C、D已不可能出现，故也不必考虑C、D与

EF之间的互信息量。【例】一信息源由4个符号0、1、2、3组成，它们出现的概率分别为3/8、1/4、1/4、1/8，且每个符号的出现都是独立的。试求某个消息201020130213001203210100321010023102002010312032100120210的信息量。【解】该消息共有57个符号，其中0出现23次，1出现14次，2出现13次，3出现7次。整个符号串的信息量为

若用熵的概念计算，则为1.5主要性能指标通信系统的性能指标又称质量指标，是对整个系统综合提出或规定的。主要包括有效性、可靠性、适应性、标准性、经济性及维护使用性等等。其中主要指标为有效性和可靠性，前者是指消息传输的速度问题，后者是指消息传输的质量问题。

1.5.1模拟通信系统有效性可用有效传输频带来度量，同样的消息用不同的调制方式，则需要不同的频带宽度。可靠性用接收端最终输出信噪比来度量。不同调制方式在同样信道信噪比下所得到的最终解调后的信噪比是不同的。如调频信号抗干扰能力比调幅好，但调频信号所需传输频带却宽于调幅。1.5.2数字通信系统数字通信系统的有效性可用传输速率来衡量，可靠性可用差错率来衡量。1．传输速率

传输速率主要包括码元传输速率、信息传输速率和频带利用率。

♣码元传输速率RB：又称为传码率、符号速率、码元速率、波形速率、数码率、信号速率、码率等。定义为每秒钟传输码元的数目，单位是波特（Baud），记作B（注意不能用小写）。如若1秒内传2400个码元，则传码率为2400B。数字信号有多进制和二进制之分，但码元速率与进制数无关，只与传输的码元长度T有关，即

♣信息传输速率Rb

：又称为传信率、比特率等。定义为每秒钟传递的信息量，单位是比特/秒，记作bit/s、b/s、bps。

♣频带利用率：定义为信息传输速率与带宽的关系，单位为bit/s/Hz，即由于频带宽度的大小取决于码元速率，而码元速率与信息速率有确定的关系。因此，频带利用率也可以定义为单位频带内码元传输速率的大小，即频带利用率越高，系统传输效率越高。

♣

码元速率与信息速率的关系每个码元或符号通常都含有一定bit数的信息量，因此码元速率和信息速率存在确定的关系。即对于二进制，码元速率与信息速率在数值上相等（每个码元包含信息量为1bit），只是单位不同。对于M进制，信息速率与码元速率之间的关系为如码元速率为1200B，采用八进制（M=8）时，信息速率为3600b/s；采用二进制（M=2）时，信息速率为1200b/s。这说明为提高有效率，可以采用多进制传输。）（Blog2MbBRR=等概发送在给出码元速率时，需说明码元的进制。由于M进制的一个码元可以用个二进制码元表示，因而M进制的码元速率RBM与二进制的码元速率RB2之间的关系为在码元速率保持不变的条件下，二进制信息速率Rb2与M进制信息速率RbM之间的关系为2．差错率差错率常用误码率和误信率表示。

♣误码率（码元差错率）Pe是指发生差错的码元数在传输总码元数中所占的比例，更确切地说，误码率是码元在传输系统中被传错的概率，即

♣误信率（信息差错率）Pb是指错误接收的信息量在传送信息总量中所占的比例，即是码元的信息量在传输系统中被丢失的概率。也可以说，发生差错的比特数在传输总比特数中所占的比例，故又称为误比特率，即

♣误码率和误信率的关系在二进制中，。在M进制中，每个码元含有比特，出现错误的样式有M-1种，其中错i（i=1，2，…，n）比特的样式有个。若错误样式等概出现，则当一个码元发生错误时，在n比特中错误比特为所占比例的数学期望为当M较大时，有1.6通信系统的发展1.6.1通信发展简史

19世纪以来，通信技术发展迅速，特别是在20世纪50年代以后，其发展可谓日新月异。通信发展简史如下：

1837年，莫尔斯发明有线电报（Communitytelegraph）；

1864年，麦克斯韦尔（JamesClerkMaxwell）提出电磁辐射方程；

1876年，贝尔（AlexanderGrahamBell）发明了电话（telephone

）；

1896年，马可尼（Guglielmo

MarcheseMarconi）发明了无线电报（marconigram）；

1906年，德福雷斯特（LeeDeForest

）发明了真空三极管；

1918年，调幅无线电广播（radiobroadcast）开播，超外差接收机问世；

1925年，开始采用三路明线载波电话、多路通信；

1928年，奈奎斯特（HarryNyquist）发表数据信号传输理论，并相继提出消除码间干扰的三个准则；

1936年，调频无线电广播开播；

1937年，发明脉冲编码调制原理；

1938年，电视广播（telecast）开播；

1940~1945年，二次大战刺激了雷达和微波通信系统的发展；

1948年，发明晶体管（transistor），香农提出了信息论，通信统计理论开始建立；

1950年，时分多路通信应用于电话；

1956年，敷设了越洋电缆（cable）；

1957年，苏联发射第一颗人造卫星（artificialsatellite）；

1958年，美国发射第一颗通信卫星（communicationsatellite）；

1960年，美国人梅曼发明激光（laser）；

1961年，发明集成电路（integratecircuit）；

1962年，发射第一颗同步通信卫星（synchronous

communi-cationsatellite），脉冲编码调制（PulseCodeModulation，简称PCM）进入实用阶段；

1960~1970年，彩色电视（colortelevision）问世；阿波罗宇宙飞船（astro-airship）登月；数字传输理论和技术得到了迅速的发展力；出现了高速数字电子计算机（electroniccomputer）；

1970~1980年，大规模集成电路（LargeScaleIntegrationofCircuits，简称LSI）、商用卫星通信、程控数字交换机、光纤通信系统、微处理器（Micro-ProcessorUnit，简称MPU，即micro-processor）等迅速发展；

1980年以后，超大规模集成电路（SuperLarge-ScaleIntegration，简称SLSI，或GrandScaleIntegration，简称GSI）、长波长光纤通信系统广泛应用；综合业务数字网崛起。萨密尔·莫尔斯（公元1791～1872年）：有线电报的发明人。起初是美国第一流的画家，后来投身科学。为了制造电报机，他花完了所有的积蓄，终于在1837年研制出第一台传递电码的电报机。他发明了一连串的点、划，以代表各个字母和数字，也就是今天的莫尔斯电码。还设计出一套发送电报的线路。1844年5月24日，他完成了世界上第一次电报通信。1851年，国际会议又对莫尔斯电码加以修订，使之更为准确、简单。萨密尔·莫尔斯詹姆斯·克拉克·麦克斯韦詹姆斯·克拉克·麦克斯韦（JamesClerkMaxwell）（公元1831~1879年）：英国物理学家，经典电动力学的创始人，统计物理学的奠基人之一。建立了第一个完整的电磁理论体系，不仅科学地预言了电磁波的存在，而且揭示了光、电、磁现象本质的统一性，完成了物理学的又一次大综合，是19世纪物理学发展的最光辉的成果，是科学史上最伟大的综合之一。这一理论自然科学的成果，奠定了现代电力工业、电子工业和无线电工业的基础。亚历山大·格拉汉姆·贝尔（AlexanderGrahamBell）（公元1847～1942年）：贝尔的主要成就是发明了电话。此外，还制造出助听器，改进了爱迪生发明的留声机。从1875年到1922年间，获得美国政府的三十项专利权。由于这许多发明创造，在1876年接受了费城万国博览会百年纪念奖证书，同年还获得波士顿大学理学博士学位。为了纪念贝尔的功绩，将电学和声学中计量功率或功率密度比值的一种单位命名为“贝尔”。亚历山大·格拉汉姆·贝尔

伽利尔摩·马可尼

伽利尔摩·马可尼（Guglielmo

MarcheseMarconi）（公元1874~1937年）：意大利电气工程师和发明家。1896年，在英国其试验成果可用于14.4公里距离的通信，并取得专利；1897年成立“马可尼无线电报公司”；1899年建立越过海峡的英法无线电通讯；1901年在英国与纽芬兰之间实现横过大西洋的无线电通信，使无线电达到实用阶段；1905~1906年，发明无线电报技术上操纵间歇波系统；1909年与布劳恩一起获得诺贝尔物理学奖；1918年起，任意大利终身参议员；1929年获得侯爵称号。德福雷斯特（LeeDeForest）（公元1873~1961年）：美国发明家。一生共获300多项专利，涉及电子学的广泛领域，如外科手术用射频电刀、高频反馈电路、无线电报、无线电发信系统、无线电接收系统、扬声器、光电池、无线电扫描电视系统、彩色电视、电子群聚方法等。1906年，制成第一个真空三极管，是他的最重要的一项发明，曾获美国无线电工程师协会荣誉奖章等多种荣誉奖励。德福雷斯特

奈奎斯特奈奎斯特（HarryNyquist）（公元1889～1976年）：美国通信工程师。1924年在一篇关于电报的论文中就蕴含着信息论的思想。1928年发现信道带宽和传输速率间的关系，提出著名的奈奎斯特定理。奈奎斯特还是卓越的发明家，在美国就有138项专利，涉及电话、电报、图像传输系统、电测量、传输线均衡、回波抑制、保密通信等方面。奈奎斯特曾获美国无线电工程师学会（1960）、富兰克林学会（1960）、电气和电子工程师学会IEEE（1961）、美国工程科学院（1969）、美国机械工程师学会（1975）的奖章。克劳德.艾尔伍德.香农（公元1916～2001年）：美国数学家，美国全国科学院院士。信息论的创始人。

1941～1956年间任贝尔电话实验研究所数学研究员。1956年到麻省理工学院任教，先后担任客座教授、教授，1958年后为终身教授。1948年发表《通信的数学理论》和1949年发表《噪声中的通信》，奠定了信息论的基础。1949年发表《保密系统的通信理论》，使他成为密码学的先驱。被尊称为是“信息论之父”克劳德.艾尔伍德.香农

迈克尔·法拉第迈克尔·法拉第（公元1791～1867年）：英国物理学家、化学家，也是著名的自学成才科学家。主要从事电学、磁学、磁光学、电化学等方面的研究，并取得一系列重大发现。1831年发现电磁感应定律，使人类掌握了电磁运动相互转变以及机械能和电能相互转变的方法，成为现代发电机、电动机、变压器技术的基础，被称为“电磁学之父”；1833~1834年发现了电解定律；1845年发现光磁效应（法拉第效应）；1851年，发表《论磁感线》论文，创建了力线思想和场的概念，为麦克斯韦电磁场理论奠定了基础。

第一颗人造地球卫星：

1957年10月4日，苏联发射世界上